Inxhinierët përdorin sinjale WiFi për të furnizuar pajisjet e vogla elektronike

Me fillimin e epokës dixhitale, sasia e burimeve WiFi për të transmetuar informacion pa kabëll midis pajisjeve është rritur në mënyrë eksponenciale. Kjo rezulton në përdorimin e gjerë të frekuencës radio 2.4GHz që përdor WiFi, me sinjale të tepërt në dispozicion për t’u përgjuar për përdorime alternative.

Për të shfrytëzuar këtë burim energjie, një ekip kërkimor nga Universiteti Kombëtar i Singaporit (NUS) dhe Universiteti Japonez Tohoku (TU) ka zhvilluar një teknologji që përdor pajisje të vogla inteligjente të njohura si oshilatorë me bosht rrotullues (STO) për të prodhuar dhe shndërruar frekuencat e radios pa kabëll në energji për të furnizuar pajisjet e vogla elektronike. Në studimin e tyre, studiuesit kishin prodhuar me sukses energji duke përdorur sinjale WiFi për të furnizuar me valë një diodë emetuese të dritës (LED), dhe pa përdorur ndonjë bateri.

“Ne jemi të rrethuar nga sinjale WiFi, por kur nuk po i përdorim ato për të hyrë në internet, ato janë joaktive dhe kjo është një humbje e madhe. Rezultati ynë i fundit është një hap drejt kthimit të valëve të radios 2.4GHz të gatshme në një burim të gjelbër të energjisë, duke zvogëluar nevojën për bateri për të furnizuar elektronikën që ne përdorim rregullisht. Në këtë mënyrë, pajisjet e vogla elektrike dhe sensorët mund të funskionojnë duke përdorur valët e frekuencës së radios si pjesë e Internet of Things. Puna jonë mund të sjellë aplikime me efiçiencë të energjisë në komunikim, informatikë dhe sisteme neuromorfe,”- tha profesori Yang Hyunsoo nga Departamenti i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike NUS, i cili drejtoi projektin.

Studimi u krye në bashkëpunim me ekipin kërkimor të Profesor Guo Yong Xin, i cili është gjithashtu nga Departamenti NUS i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike, si dhe Profesor Shunsuke Fukami dhe ekipi i tij nga TU. Rezultatet u botuan në Nature Communications më 18 maj 2021.

Shndërrimi i sinjaleve WiFi në energji të përdorshme

Oshilatorët me bosht rrotullues janë një klasë e pajisjeve në zhvillim që gjenerojnë mikrovalë dhe kanë aplikime në sistemet e komunikimit pa kabëll. Sidoqoftë, zbatimi i STO pengohet për shkak të një fuqie të ulët prodhimi dhe gjerësisë së konsiderueshme të linjës.

Ndërsa sinkronizimi i ndërsjellë i STO-ve të shumta është një mënyrë për të kapërcyer këtë problem, skemat aktuale, siç është bashkimi magnetik me rreze të shkurtër midis STO-ve të shumta, kanë kufizime hapësinore. Nga ana tjetër, sinkronizimi elektrik me rreze të gjatë duke përdorur oshilatorët, është i kufizuar në përgjigjet e frekuencës prej vetëm disa qindra MHz. Ai gjithashtu kërkon burime aktuale të dedikuara për VASH individuale, të cilat mund të komplikojnë zbatimin e përgjithshëm të chip-it.

Për të kapërcyer kufizimet hapësinore dhe të frekuencës së ulët, ekipi hulumtues krijuan një grup në të cilin tetë STO janë të lidhura në seri. Duke përdorur këtë grup, valët e radios elektromagnetike 2.4 GHz që përdor WiFi u shndërrua në një sinjal të tensionit të drejtpërdrejtë, i cili më pas u transmetua në një kondensator për të ndezur një LED 1.6 volt. Kur kondensatori u karikua për pesë sekonda, ai ishte në gjendje të ndizte të njëjtën LED për një minutë pasi të ishte ndërprerë rryma wireless.

Në studimin e tyre, studiuesit gjithashtu theksuan rëndësinë e topologjisë elektrike për hartimin e sistemeve STO me chip dhe krahasuan modelin e serive me atë paralel. Ata zbuluan se konfigurimi paralel është më i dobishëm për transmetimin pa kabëll për shkak të stabilitetit më të mirë të fushës në kohë, sjelljes e zhurmës spektrale dhe kontrollit mbi mospërputhjen e rezistencës së plotë. Nga ana tjetër, lidhjet seri kanë një avantazh për prodhimin e energjisë për shkak të efektit shtesë të tensionit të diodës nga STO-të.

Duke komentuar mbi domethënien e rezultateve të tyre, Dr Raghav Sharma, autori i parë i punimit, tha: “Përveçse vjen me një koleksion STO për transmetimin pa kabëll dhe prodhimin e energjisë, puna jonë gjithashtu demonstroi kontroll mbi gjendjen sinkronizuese të STO-ve të bashkuara duke përdorur kyçje injeksioni nga një burim i jashtëm i frekuencës. Këto rezultate janë të rëndësishme për aplikimet e mundshme të STO-ve të sinkronizuara, të tilla si llogaritja neuromorfe me shpejtësi të lartë.”

Hapat e ardhshëm

Për të rritur aftësinë e prodhimit të energjisë së teknologjisë së tyre, studiuesit po kërkojnë të rrisin numrin e STO-ve në grupin që ata kishin hartuar. Përveç kësaj, ata po planifikojnë të testojnë prodhuesit e tyre të energjisë për karikimin me wireless të pajisjeve dhe sensorëve të tjerë të dobishëm elektronikë.

Ekipi hulumtues gjithashtu shpreson të punojë me partnerë të industrisë për të eksploruar zhvillimin e STO-ve në chip për sisteme inteligjente të vetë-qëndrueshme, të cilat mund të hapin mundësi për karikim dhe sisteme wireless të zbulimit të sinjalit.